高周波キャリア型薄膜磁界センサの小形・高感度化に関する研究

高频载波型薄膜磁场传感器小型化高灵敏度研究

• 批准号: 12750288
• 负责人: 竹澤 昌晃
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750288/
• 关键词: 高周波キャリア型磁界センサ; MIセンサ; 磁区構造; 磁気異方性; 小形化; 高感度化; 高周波キャリア型; 表皮効果; 磁区

本研究の目的は、室温動作が可能でSQUI口相当の磁界検出感度を持つ磁界センサである高周波キャリア型薄膜磁界センサ(MIセンサ)において1pT程度の高磁界感度を目指すとともにlmm以下の小形化を実現することである。このために、センサ素子構造L磁性材料の最適化によるセンサの小形・高感度化を目指した本研究ではアモルファスCoNbZr薄膜を微細加工して得られる長さlmm、幅20μmの磁界センサ素子を作製し、外部磁界に対するセンサ素子のインピーダンス変化および磁区構造変化を詳細に観測するとともに、計算機シミュレーションの結果と併せてセンサ出力と磁区構造変化の対応関係についても検討した。その結果、素子端部に発生する還流磁区がセンサの高感度領域において磁壁移動を引き起こし、磁界感度の低下とともにセンサの周波数特性の劣化をまねくことが明らかとなった。また、この磁壁移動を考慮した場合の外部磁界に対するセンサのインピーダンス変化を計算機シミュレーションにより定量的に導出した。ここで得られた知見を利用して、センサ素子に磁壁ピンごングおよび強磁性ノ反強磁性結合による一方向異方性を利用した磁区構造制御を行った。無磁界中熱処理による磁壁ピンニングを施した素子では還流磁区面積の増大を抑えられ、高感度領域でのセンサ出力低下を抑制できることが分かった。,さらに、強磁性/反強磁性膜積層時に界面に発生する交換結合によって一方向異方性を誘導した素子では、磁区構造制御が行えるだけでなく、初期状態の磁化方向を一方向に揃えることによりバイアスコイル無しで正負の磁界に対する非対称応答を得ることができた。これより、これまで小形化を困難としていた巻線構造をセンサ素子より排除でき、さらなる小形化を実現できる。これらは小形センサ素子の実現において極めて重要な成果である。

The purpose of this study is to make it possible to operate at room temperature, and to maintain the magnetic field sensitivity of SQUI interface equivalent to that of high-frequency thin film magnetic field (MI interface), and to realize the high magnetic field sensitivity of 1pT or less. In this study, the optimization of magnetic materials, the microfabrication of CoNbZr thin films, and the detailed measurement of magnetic field structure were carried out. The microfabrication of CoNbZr thin films was carried out with a length of 1mm and a width of 20μm. The results of the computer simulation and the corresponding relationship between the magnetic field structure and the output force are discussed. As a result, the end of the element is generated, and the magnetic wall is moved in the high sensitivity region, and the magnetic field sensitivity is lowered. For example, if the magnetic wall is moved, the external magnetic field will be changed. The magnetic field structure is controlled by the magnetic field. In the non-magnetic field, the heat treatment of the magnetic wall increases the area of the magnetic field and decreases the output of the magnetic field. When ferromagnetic/antiferromagnetic films are laminated, exchange bonding occurs at the interface, anisotropy is induced in one direction, and magnetic domain structure is controlled in one direction. In the initial state, magnetization direction is in one direction. The problem of miniaturization is difficult to solve, and the problem of miniaturization is difficult to solve. This is a very important achievement.

项目成果

竹澤昌晃: "GHz帯における高周波キャリア型薄膜磁界センサの動作特性解析"日本応用磁気学会誌. 25・10. 1541-1546 (2001)

Masaaki Takezawa：“GHz频段高频载波型薄膜磁场传感器的工作特性分析”日本应用磁学学会杂志25・10（2001）。

M.Takezawa: "Dynamic Domain Observation Narrow Thin films"IEEE Transactions on Magnetics. 37・4. 2034-2037 (2001)

M.Takezawa：“动态域观察窄薄膜”IEEE Transactions on Magnetics 37・4 2034-2037（2001）。

竹澤昌晃: "強磁性/反強磁性結合を用いた高周波キャリア型薄膜磁界センサ"日本応用磁気学会誌. 26・5(印刷中). (2002)

Masaaki Takezawa：“使用铁磁/反铁磁耦合的高频载波型薄膜磁场传感器”，日本应用磁学学会杂志，26, 5（出版中）。

Masaaki Takezawa: "Dynamic Domain Observation in Narrow Thin Films"IEEE Transactions on Magnetics. (印刷中). (2001)

Masaaki Takezawa：“窄薄膜中的动态域观察”IEEE 磁性学报（2001 年出版）。

竹澤昌晃: "磁壁ピンニングを施した高周波キャリア型薄膜センサヘッド用磁性膜の検討"日本応用磁気学会誌. 26・4(印刷中). (2002)

Masaaki Takezawa：“具有磁畴壁钉扎的高频载体型薄膜传感器头的磁性薄膜的研究”日本应用磁学学会杂志26/4（出版中）。